申请日2018.01.09
公开(公告)日2018.05.04
IPC分类号C02F1/08; C02F1/16; C02F103/18
摘要
一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器，涉及燃煤电站烟气余热回收利用节能技术和废水零排放技术。该发明利用电站烟气余热进行脱硫废水浓缩减量，不额外消耗高品质蒸汽或电功率，且浓缩后的废水再进行高温旁路烟道干燥时，需要抽取的高温烟气大大减少，整个系统节能，运行成本低，换热管具有极佳的耐腐蚀性，初投资低，运行维护费用低，在消白烟项目中，进一步降低了消白烟设备的初投入。
权利要求书
1.一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器，它主要包括：氟塑料降膜蒸发器(1)、废水浓缩循环泵(2)、浓缩辅助风机(3)、水蒸汽冷凝器(4)、疏水阀(5)等，氟塑料降膜蒸发器(1)内部结构又包括：一级布水器(6)、二级布水器(7)、上管板(8)、氟塑料管束(9)、下集箱(10)、下管板(11)、上集箱(12)、常压管(13)、烟气入口(14)、烟气出口(15)，氟塑料降膜蒸发器(1)与废水浓缩循环泵(2)、浓缩辅助风机(3)、水蒸汽冷凝器(4)、疏水阀(5)一起组成废水浓缩单元，脱硫废水经该浓缩单元浓缩后，被送往高温烟气旁路干燥蒸发单元进行最终的零排放处理，氟塑料降膜蒸发器(1)与废水浓缩循环泵(2)、浓缩辅助风机(3)、水蒸汽冷凝器(4)、疏水阀(5)一起组成废水浓缩单元，脱硫废水经该浓缩单元浓缩后，被送往高温烟气旁路干燥蒸发单元进行最终的零排放处理，氟塑料降膜蒸发器(1)内，换热管管束(9)采用氟塑料光管，管径约30~50mm，管壁厚约1mm。
2.按照权利要求1所述的一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器，其特征在于：通过氟塑料降膜蒸发器(1)，利用脱硫塔前的烟气余热蒸发浓缩脱硫废水，进行间接换热，烟气走换热管外侧，废水走换热管内侧。
3.按照权利要求1所述的一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器，其特征在于：氟塑料降膜蒸发器(1)的上部设置有上集箱(12)，下部设置有下集箱(10);上集箱(12)的顶板相间布置废水一级布水器(6)和二级布水器(7);废水经一级布水器(6)均匀分布至上集箱(12)内，上集箱(12)的底板即为蒸发器上管板(8)，氟塑料管束(9)通过胀接或熔接技术悬挂于上管板(8)之上;下集箱(10)的顶板为下管板(11)，氟塑料管束(9)和下管板(11)之间设置盘根密封，允许在热膨胀时进行相对运动。
4.按照权利要求1所述的一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器，其特征在于：上集箱(12)顶部设置有常压管(13)，以保证上集箱(12)内的废水以自流状态均匀流入氟塑料管束(9)内，二级布水器(7)为中空结构，插入氟塑料管束(9)内，且其下缘有法兰样突出，流入氟塑料管束(9)内的废水在二级布水器(7)的作用下，在氟塑料管(9)的管壁上形成均匀持续的水膜，管内水膜在管外热烟气的作用下持续蒸发，蒸发的水蒸汽在浓缩辅助风机(3)的作用下，通过二级布水器(7)的中空管排出降膜蒸发器(1)。
5.按照权利要求1所述的一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器，其特征在于：排出降膜蒸发器(1)的水蒸汽，进入水蒸汽冷凝器(4)，与脱硫废水原水换热，水蒸汽被冷凝后，经疏水阀(5)排出废水浓缩单元，进入脱硫系统作为除雾器冲洗水补水或工艺水补水使用，同时降膜蒸发器(1)的浓缩溶液盐氟塑料管束(9)的内管管壁汇流进入下集箱(10)内，后经废水浓缩循环泵(2)作用进行循环蒸发或被排出浓缩单元，送往干燥蒸发单元。
说明书
一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器
技术领域
本发明涉及燃煤电站或热电站烟气余热回收利用节能技术和脱硫废水处理零排放技术。
背景技术
环境保护部2017 年1 月组织制定了《火电厂污染防治技术政策》。和《火电厂污染防治最佳可行性指南》(HJ2301-2017)，意见函对废水明确指出：“火电厂水污染防治应遵循清污分流，一水多用，集中处理与分散处理相结合的原则，鼓励火电厂实现废水的循环使用，不外排”，火电厂深度节水和废污水零排放已成为必然选择。山东、天津、北京地区增加了对外排水含盐量的要求，内蒙包头地区要求实现废水零排放，其余地区也纷纷开始废水零排放试点。
脱硫废水为末端高盐度废水，废水种类多、污染物项目多、处理难度大，是实现燃煤电厂废水零排放的关键。
目前脱硫废水零排放技术主要包括：蒸发结晶技术和烟道蒸发技术。蒸发结晶技术的投资费用、运行成本高昂，且面临着结晶盐无法资源化利用的困境。烟道蒸发技术又分为烟道直喷蒸发和高温旁路烟道蒸发两种技术路线，因烟道直喷蒸发技术易造成烟道腐蚀、积灰堵塞等问题，对电站运行安全造成威胁，故高温旁路烟道蒸发技术是目前脱硫废水零排放的主流技术路线。高温烟道旁路蒸发技术，即在空预器前烟道设置旁路烟道和蒸发塔，将脱硫废水直接喷入蒸发塔，脱硫废水在旁路高温烟气作用下蒸发干燥，干燥产物随旁路烟气进入除尘器前烟道，最终由除尘器收集。该技术系统简单，造价及运行费用均较低，但存在以下缺点。
(1)该技术中脱硫废水不经过浓缩处理，废水量较大，直接喷入高温旁路烟道时，需要抽取的高温烟气较多，对锅炉效率有所影响。据计算，对于一台300MW机组，高温旁路烟道直喷，会造成锅炉效率下降约0.3%以上，单位发电标准煤耗增加约1g/kwh。
(2)脱硫废水浓度仅约2%~3%，即97%~98%的成分是水，不经过浓缩处理的脱硫废水直接喷入烟道蒸发后，实现地表废水零排放时，将水以水蒸汽的形式释放入了烟气中，与目前消烟羽降低烟气湿度的要求趋势相违背，且大量的脱硫废水并没有实现循环利用，对资源节约而言也是一种浪费。
目前市场上的脱硫废水浓缩技术主要有膜浓缩和热浓缩。膜浓缩即反渗透(RO)、正渗透(FO)、电渗析(ED)和膜蒸馏(MD)等技术，但浓缩膜材料造价高，且易污染，运行成本也高。热浓缩技术主要包括MED技术、MVR技术和烟气余热蒸发技术。MED 是废水被蒸发系统余热预热后，依次进入一效或多效蒸发器进行蒸发浓缩;MVR 是将蒸发器排出的二次蒸汽通过压缩机经绝热压缩后送入蒸发器的加热室;二次蒸汽经压缩后温度升高，在加热室内冷凝释放热量，而料液吸收热量后沸腾汽化再产生二次蒸汽经分离后进入压缩机，循环往复，蒸汽得到充分利用。为避免浓盐水腐蚀设备，MVR 和 MED 需使用特殊不锈钢或钛材料，投资成本高昂，且运行中因蒸汽消耗或压缩机电功率消耗，运行成本也居高不下。烟气余热蒸发是一种运行成本较低的废水浓缩方法，它利用空预器后排放烟气中的烟气余热作为热源，蒸发浓缩废水。但目前的烟气余热废水浓缩方式主要采用直接喷淋法进行废水浓缩，这种方式存在明显的不足。
(1)脱硫废水为燃煤电站终端废水，Cl-浓度高达20000~40000ppm，极具腐蚀性，烟气与脱硫废水直接接触浓缩，对浓缩塔、内部喷嘴、后续烟道等的材质要求很高。
(2)该方式同高温烟道旁路喷射一样，蒸发的水蒸汽进入烟气，造成水资源浪费，且增加了烟气含湿量，为后续的烟气消白增加了收水的任务 ，可谓得不偿失。
针对以上问题，在此我们发明了一种新型的脱硫废水浓缩装置。
发明内容
在这里提出的发明，即一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器。该蒸发器，利用耐腐蚀性极佳的塑料王PTFE材质制成降膜蒸发管，管内走废水，管外走烟气，烟气与废水进行间接换热，废水既不会污染烟气，也不会造成烟道或浓缩塔壳体的严重腐蚀，烟道和浓缩塔壳体选材相对简单;蒸发后的水蒸汽通过板式换热器，与废水来水进行热交换，水蒸汽经过板式换热器冷凝后经疏水阀排出，因水蒸汽冷凝液水质干净，可以作为除雾器冲洗水的补充水;利用烟气余热对脱硫废水进行浓缩减量，无需耗费额外蒸汽或电功率，节能的同时，降低吸收塔入口烟气焓值，可以降低吸收塔出口烟气的饱和温度，减少吸收塔出口饱和烟气中的含湿量，在需要消白烟的地区，可以在一定程度上降低消白烟设备的投入。
为达到上述发明的目的，本发明的技术方案通过如下方式实现。
一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器，包括氟塑料降膜蒸发器(1)、废水浓缩循环泵(2)、浓缩辅助风机(3)、水蒸汽冷凝器(4)、疏水阀(5)等，氟塑料降膜蒸发器(1)的内部结构又包括：一级布水器(6)、二级布水器(7)、上管板(8)、氟塑料管束(9)、下集箱(10)、下管板(11)、上集箱(12)、常压管(13)、烟气入口(14)、烟气出口(15)等。该发明的设备结构示意图、系统示意图等，详见附图1和附图2。
氟塑料降膜蒸发器(1)采用间接换热，换热管采用氟塑料材质，具有极佳的耐腐蚀性，热烟气走氟塑料管束(9)外侧，脱硫废水走氟塑料管束(9)内侧。氟塑料降膜蒸发器(1)与废水浓缩循环泵(2)、浓缩辅助风机(3)、水蒸汽冷凝器(4)、疏水阀(5)一起组成废水浓缩单元，脱硫废水经该浓缩单元浓缩后，被送往高温烟气旁路干燥蒸发单元进行最终的零排放处理。
在该项发明中，脱硫塔前烟气从烟气入口(14)进入氟塑料降膜蒸发器(1)，与蒸发器内废水进行热交换后，由烟气出口(15)排出，进入脱硫系统。原始脱硫废水来水经水蒸汽冷凝换热器(4)初步加热后，汇入废水浓缩循环泵(2)出口管道，废水被送往氟塑料降膜蒸发器(1)的上部。氟塑料降膜蒸发器(1)的上部设置有上集箱(12)，下部设置有下集箱(10)。上集箱(12)的顶板相间布置废水一级布水器(6)和二级布水器(7)。同时上集箱(12)的底板即为蒸发器上管板(8)，氟塑料管束(9)管径约30~50mm，壁厚1mm，通过胀接或熔接技术悬挂于上管板(8)之上，同时氟塑料降膜蒸发器(1)的下集箱(10)的顶板为下管板(11)，氟塑料管束(9)和下管板(11)之间设置盘根密封，允许在热膨胀时进行相对运动。废水经一级布水器(6)均匀分布至上集箱(12)内，因上集箱(12)顶部设置有常压管(13)，上集箱(12)内的废水在自流作用下均匀流入氟塑料管束(9)内。二级布水器(7)为中空结构，插入氟塑料管束(9)内，且其下缘有法兰样突出，流入氟塑料管束(9)内的废水在二级布水器(7)的作用下，在氟塑料管(9)的管壁上形成均匀持续的水膜。管内水膜在管外热烟气的作用下持续蒸发，蒸发的水蒸汽在浓缩辅助风机(3)的作用下，通过二级布水器(7)的中空管排出降膜蒸发器(1)，进入水蒸汽冷凝器(4)，与脱硫废水来的原水进行热交换，水蒸汽被冷凝后，经疏水阀(5)排出废水浓缩单元，进入脱硫系统作为除雾器冲洗水补水或工艺水补水使用，同时降膜蒸发器(1)的浓缩溶液盐氟塑料管束(9)的内管管壁汇流进入下集箱(10)内，后经废水浓缩循环泵(2)作用进行循环蒸发或被排出浓缩单元，送往干燥蒸发单元。
该项发明：一种利用烟气余热进行脱硫废水浓缩的氟塑料降膜蒸发器存在以下优点。
(1)利用脱硫塔前的烟气余热进行脱硫废水浓缩减量，不额外消耗高品质蒸汽或电功率，节能，运行成本低;且浓缩后的废水再进行高温旁路烟道干燥时，需要抽取的高温烟气大大减少，减少了对锅炉效率的影响，同时减少了干燥塔及旁路烟道的尺寸，干燥部分的占地面积减小。
(2)烟气与废水进行间接换热，蒸发器内，换热管采用PTFE氟塑料光管，具有极佳的耐腐蚀性，而烟气侧部分则采用碳钢内衬玻璃鳞片防腐，蒸发器材质选择简单，初投资低，运行维护费用低。
(3)蒸发出的水蒸汽单独收集冷凝后，可以作为脱硫除雾器冲洗水或工艺水补水，节约水资源。
(4) 因浓缩减量的脱硫废水单独收集，不进入烟气侧，对消白烟项目而言，减少了消白烟设施的烟气收水的负担。
(5)脱硫废水在进入液膜蒸发器前调整PH值约在10左右，可以降低蒸发冷凝水中Cl-含量，保证回用水的洁净度。
(6)因烟气与废水在蒸发器内不会直接接触，不存在废水中Cl-蒸发进入烟气侧的问题，避免了Cl-进一步在后续吸收塔内的循环富集。
(7)烟气与废水间接换热，烟气中的SO2不会溶于废水中，避免了易结垢组分CaSO3的形成;此外，换热管管内壁一致保持足够厚的液膜，避免干湿界面的形成;同时PTFE氟塑料材质本身具有较低的污垢系数，本身不易结垢。以上因素均可以避免蒸发器内部的结垢问题。
(8)脱硫塔前的原烟气经过氟塑料降膜蒸发器降温后，进入脱硫塔，降低了脱硫塔入口的烟气焓值，从而降低了脱硫塔出口饱和烟气的饱和点，即降低了出口烟气带走的水蒸汽量，进一步起到了节水的目的，在消白烟项目中，进一步降低了消白烟设备的初投入。